Reactor experimental termonuclear internacional ITER | |||
Miembros del ITER: Unión Europea, Reino Unido, India, Rusia, China, Corea del Sur, Japón, Estados Unidos y Suiza. | |||
Situación | |||
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Creación | 24 de octubre de 2007 | ||
Asiento |
Cadarache Centre Francia |
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Detalles de contacto | 43 ° 42 ′ 28 ″ N, 5 ° 46 ′ 39 ″ E | ||
Líder | Bernard Bigot | ||
Sitio web | iter.org | ||
Geolocalización en el mapa: Bocas del Ródano
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El Reactor Experimental Termonuclear Internacional , o ITER ( acrónimo del Reactor Experimental Termonuclear Internacional Inglés , también palabra latina que significa "camino" o "camino") es un proyecto internacional de reactor de investigación civil en fusión nuclear tipo Tokamak ubicado en las inmediaciones del Centro de estudios nucleares Cadarache en Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône, Francia). El proyecto de investigación es parte de un enfoque a largo plazo destinado a la industrialización de la fusión nuclear. Asocia a treinta y cinco países: los de la Unión Europea, así como India, Japón, China, Rusia, Corea del Sur y Estados Unidos, así como Suiza y el Reino Unido como uno. Estados asociados a la Comunidad Europea de Energía Atómica .
ITER es el proyecto científico más grande del mundo en la actualidad. Por su complejidad, su ambición y su extraordinario presupuesto, este proyecto de alta tecnología se ha comparado con el programa Apollo . Es objeto de muchas controversias, especialmente en lo que respecta al monto de las subvenciones de los fondos públicos, que aumentaron de 5 a 19 mil millones de euros, principalmente aportaciones en especie de los interesados en forma de componentes y sistemas.
La entrada en actividad y producción del primer plasma está prevista paraDiciembre de 2025y la creación del primer plasma de deuterio - tritio está prevista para 2035.
Según los promotores del proyecto, el enfoque a largo plazo destinado a la industrialización de la fusión nuclear requeriría entonces la construcción de un segundo reactor de investigación, Demo , más cercano a un reactor de producción, luego PROTO , un reactor prototipo industrial , antes de la fase industrial propiamente dicha.
"Iter" significa "camino" o "camino" en latín. Los participantes en los estudios de diseño preliminar (entre 1988 y 1992) eligieron este acrónimo para expresar su deseo de ver al mundo cooperar en el desarrollo del dominio de una nueva forma de energía. De hecho, el proyecto fue lanzado por Ronald Reagan y Mikhail Gorbachev en el contexto de la perestroika , a propuesta de la URSS a la comunidad internacional. La forma del nombre es Reactor Experimental Termonuclear Internacional ( "Reactor Experimental Termonuclear Internacional" ).
El proyecto tiene como objetivo verificar la "viabilidad científica y técnica de la fusión nuclear como nueva fuente de energía ".
El reactor de fusión termonuclear ITER fue diseñado para producir un plasma de fusión equivalente a 500 MW de potencia térmica por períodos de 400 a 600 segundos , para una potencia térmica inyectada en el plasma de 50 MW , es decir, un aumento de diez veces la potencia térmica. La máquina también tiene como objetivo demostrar la viabilidad de una reacción autosostenida, que aún no se ha logrado en un reactor de fusión. La electricidad total consumida por el reactor y las instalaciones estará entre 110 y 620 MWe pico durante treinta segundos. El reactor está diseñado solo para producir plasma de fusión, y el calor emitido por la reacción de fusión se ventilará a la atmósfera sin generar electricidad.
El proyecto es un paso tecnológico que podría dar lugar a un futuro reactor experimental, denominado Demo , con una potencia proyectada de 2.000 MWth , destinado a desarrollar la producción industrial de electricidad por fusión nuclear. La reacción de fusión está diseñada para usarse como fuente de calor para una caldera que produce vapor de agua, que a su vez impulsa alternadores para producir electricidad, como en la mayoría de las centrales eléctricas . Demo sería el primer reactor de fusión en producir más energía de la necesaria para su funcionamiento.
En 2001, el proyecto ITER se planificó según sus diseñadores para un inicio de construcción cerca de Cadarache (Francia) en 2006 para su finalización en 2016. Luego, en 2008, esta fecha se pospuso para 2019, tres años por detrás del cronograma inicial.
En 2008, el presupuesto, inicialmente estimado en diez mil millones de euros (50% para construcción y 50% para operación) se incrementó a trece mil millones y luego en 2009 a veinte mil millones. EnJunio de 2009, la BBC incluso anunció dieciséis mil millones de dólares , una suma que podría alentar a los responsables del programa a reducir significativamente la escala del proyecto.
En noviembre de 2009, este plazo se extiende a febrero 2020.
En 2010, se colocó la primera piedra del edificio de la sede.
En 2012 se publicó el decreto que autoriza el proyecto ( Diario Oficial de10 de noviembre), dos años después del inicio de las obras. La fase de excavación del pozo de aislamiento sísmico ya tiene 17 m de profundidad (donde estará el tokamak), se están construyendo los 493 soportes de 1,7 m de altura, equipados con almohadillas antisísmicas .
En Febrero 2014, la revista estadounidense The New Yorker publica el informe de evaluación de la gestión de proyectos. Se incluyen once recomendaciones esenciales, que incluyen: "crear una cultura de proyecto " , "inculcar una cultura de seguridad nuclear " , "desarrollar una planificación realista del proyecto ITER" y "simplificar y reducir la burocracia" . Enjulio 2014, El Senado de los Estados Unidos emite un informe que indica que "el Comité ordena al Departamento de Energía que trabaje con el Departamento de Estado para retirarse del proyecto ITER" . Sin embargo, Estados Unidos (que se había comprometido a financiar el 9% del costo total) continuó su apoyo, confirmado enseptiembre de 2016durante al menos otros dos años (hasta 2018) con vistas a una mejora en la eficacia del proyecto; pero condicionado a "una mayor transparencia en el proceso de gestión de riesgos" y "una serie de reformas de gestión" , sujeto a la votación del presupuesto energético por parte del legislador estadounidense.
Se ha anunciado un retraso de cinco años: las primeras pruebas programadas para 2020 se posponen hasta 2025.
En Mayo de 2016, Bernard Bigot , director del ITER desde 2015, indica que el primer plasma en el reactor está prevista para el 2025 para todo el poder en 2035, es decir, un nuevo horario que inducirá un costo adicional, estimada en 19 mil millones en el presupuesto de construcción. EndiciembreEl éxito de un experimento crucial realizado sobre un "modelo", el mini-reactor termonuclear de ECA llamado West , un soplo de optimismo: gracias a él, el ITER ha dado un paso importante hacia el dominio de la fusión nuclear.
En diciembre de 2017, el avance de los logros esenciales para la producción del primer plasma alcanza el 50%; ITER confirma la fecha estimada del primer plasma:Diciembre de 2025 y el primer plasma de deuterio-tritio en 2035.
En 2018, Estados Unidos tuvo "cierta demora en el pago", pero los grandes tanques imprescindibles para la seguridad de la instalación llegaron desde China y Estados Unidos y se instalaron en los edificios, dentro de los plazos del cronograma reprogramado dos años antes. y según el Sr. Bigot (director del proyecto), los componentes de la construcción de tokamak "estarán en el sitio en 2021, en un edificio que se espera para la primavera de 2020".
En octubre de 2019, el consorcio liderado por Vinci (60%) con la española Ferrovial (30%) y la francesa Razel-Bec (10%) anuncia que ha finalizado la carcasa del edificio principal, que se entregará enmarzo 2020. Este edificio tokamak es una instalación de 23.000 toneladas, en comparación con las 3.000 toneladas de un reactor presurizado europeo (EPR).
En 2020, habiendo sido entregados los componentes desde varios países (India, China, Japón, Corea del Sur, Italia), se inicia la fase de montaje del reactor. 28 de julio y debe durar hasta finales de 2024 para producir un primer plasma a finales de 2025 o principios de 2026.
Inicio Octubre de 1985, Mikhaïl Gorbachev presenta el proyecto a François Mitterrand durante su primera visita a Francia. Luego, un mes después, en la cumbre de Ginebra , enNoviembre de 1985, Mikhail Gorbachev convence a Ronald Reagan de participar en el programa internacional para construir la próxima generación de tokamaks . La Unión Soviética venía trabajando durante varios años en este tipo de reactores aprovechando la fusión nuclear , fenómeno que existe de forma permanente en las estrellas .
En Octubre de 1986, Estados Unidos, la Unión Europea ( Euratom ) y Japón acuerdan unirse a la Unión Soviética en este proyecto. Fue así como se decidió crear el ITER, que queda bajo la autoridad del OIEA . Inicialmente, solo participaron cuatro miembros: Rusia, Estados Unidos, la Unión Europea (en asociación con Canadá) y Japón.
En Abril de 1988, comienza la fase de diseño (llamada actividades de diseño conceptual o CDA). El propósito de esta fase fue sintetizar los resultados de los distintos programas existentes para integrarlos. CDA terminó enDiciembre de 1990.
En Julio de 1992, en Washington, Estados Unidos, los cuatro miembros firman un acuerdo que da inicio a la fase de ingeniería (denominada actividad de diseño de ingeniería o EDA) que tiene una duración de seis años. Esta fase finaliza según lo previsto a finales de 1998.
Estados Unidos abandona el proyecto al final de la fase EDA, porque lo consideran incierto y ruinoso.
Tras la retirada de Estados Unidos, se decidió el lanzamiento de la segunda fase de la EDA. El propósito de esta segunda fase fue revisar los objetivos a la baja para tener en cuenta la falta de financiación provocada por la retirada de Estados Unidos. Esta fase termina enJulio de 2001.
La fase de coordinación (llamada actividades técnicas coordinadas o CTA) finaliza a fines de 2002. Su objetivo era preparar la fase de diseño y planteó la cuestión de la ubicación del sitio de construcción, pero también las de financiamiento y el marco legal para la construcción. . 'ITER.
En enero de 2003China se suma al proyecto, seguida en febrero por el regreso de Estados Unidos y en junio por la llegada de Corea del Sur.
Inicialmente, se propusieron cuatro sitios de construcción:
La elección del sitio fue muy importante políticamente, pero sobre todo económicamente. La inversión se estima en diez mil millones de euros en cuarenta años. Un estudio realizado en Francia en 2002 prevé que el ITER creará tres mil puestos de trabajo indirectos durante los diez años de construcción y 3.250 puestos de trabajo indirectos durante los veinte años de funcionamiento (de los cuales alrededor de las tres cuartas partes en la región de Paca).
Tras una disputa franco-española, España retiró su propuesta el 26 de noviembre de 2003. Cadarache sigue siendo así el único sitio apoyado por la Unión Europea. La propuesta canadiense de Clarington desapareció por sí sola debido a la falta de financiación real y voluntad política de los canadienses, que decidieron unirse al punto de vista de la UE. El sitio de Cadarache recibe apoyo de China y Rusia, mientras que el sitio de Rokkasho recibe el de Estados Unidos y Corea del Sur.
En mayo de 2005, incluso antes de que se hiciera la elección del sitio, el sitio de Cadarache ya parecía tener la ventaja, por lo que la Unión Europea decidió, cualquiera que fuera la decisión, comenzar a trabajar allí.
Si bien el gobierno japonés todavía defiende oficialmente la candidatura de su sitio, sugiere repetidamente que ya no luchará por tener el 100% del proyecto. El 5 de mayo en Ginebra, Suiza, se firma un acuerdo técnico entre Japón y la Unión Europea, en el que se estipula que el país anfitrión (entonces no se menciona ningún nombre) asumirá el 40% del precio de la construcción, mientras que el no -el país anfitrión obtendrá:
Todas estas ventajas se obtendrán sin que la contribución aumente en comparación con otros miembros no anfitriones, que es el 10% del costo de construcción. Entonces, Japón renuncia implícitamente a albergar el reactor, pero gana en muchos aspectos.
Finalmente es en Moscú, el 28 de junio de 2005, que se firma la declaración conjunta de todos los integrantes del programa, designando a Cadarache como lugar de construcción del reactor. Kaname Ikeda (en) , ex embajador de Japón, nombrado director general de la organización en diciembre de 2005, asume el cargo en octubre de 2007, con motivo de la entrada en vigor del acuerdo sobre la creación de la organización internacional ITER.
la 21 de noviembre de 2006est signé au Palais de l'Élysée l'accord final sur la construction d'ITER, par les représentants de la Chine, de la Corée du Sud, des États-Unis, de l'Inde, du Japon, de la Russie et de la Unión Europea. El mismo día, tras la firma del acuerdo, se celebró la primera Junta de Gobierno del ITER en el Centro Internacional de Conferencias de París.
La fase de construcción comienza en 2007 y tiene una duración de diez años. La primera fase consiste en despejar la mitad de las 180 hectáreas del sitio, quedando la otra mitad en estado natural. Durante esta fase, las encuestas arqueológicos destacan algunos hallazgos como una necrópolis de la V ª fábrica de vidrio siglo de la XVIII ª siglo. Para transportar el equipo necesario para la construcción de las instalaciones, se están desarrollando 104 km de carreteras y pistas.
la 8 de noviembre de 2019, Vinci anuncia la entrega de parte de los primeros edificios.
La investigación pública relativa a la creación de la instalación en Cadarache, en las Bocas del Ródano, está abierta (cuatro años después del inicio de la construcción) del15 de Junio para 20 de julio de 2011en los municipios de: Jouques , Gréoux-les-Bains , Corbières , Beaumont-de-Pertuis , Saint-Julien-le-Montagnier , Sainte-Tulle , Vinon-sur-Verdon , Ginasservis , Rians , Saint-Paul-lès-Durance , Mirabeau y Manosque . El decreto que autoriza la construcción de la instalación nuclear básica ITER aparece en el Diario Oficial el10 de noviembre de 2012.
En junio de 2019, la construcción del futuro reactor experimental de fusión nuclear está completa en un 60%. Después de diez años de complejos mecanizados, los componentes más grandes están casi terminados y en 2020 comenzará su ensamblaje: un millón de elementos compuestos por diez millones de piezas; la fase de prueba a gran escala ha comenzado en las máquinas de ensamblaje.
La gestión del ITER la llevan a cabo un conjunto de órganos donde se reúnen los distintos miembros.
El órgano principal es el Consejo del ITER. Los miembros de la junta son representantes de todos los socios.
Esta Junta cuenta con la asistencia de un comité científico y técnico (denominado comité asesor científico y técnico o STAC) y un comité de gestión (denominado comité asesor de gestión o MAC).
Países miembros del proyectoEn 2014, los países miembros del proyecto son:
El suizo , debido a su asociación con el programa europeo de investigación, participando a través de Euratom proyecto.
Brasil también está solicitando unirse al proyecto. Esta financiación adicional puede resultar imprescindible en caso de sobrepasar (frecuente en grandes proyectos nucleares) el presupuesto inicialmente asignado al proyecto .
En 2007, Kazajstán anunció que quería ser miembro de pleno derecho del programa, lo que podría hacerse, sujeto al acuerdo de los gobiernos de otros socios.
Reino Unido, que dejará Euratom en 2020 como parte del Brexit , tendrá que encontrar un nuevo acuerdo para seguir participando en el proyecto; se mantienen los contratos existentes.
La fase operativa debería comenzar en 2025 (primer plasma ).
El objetivo del ITER es poder mantener fusiones durante 400 segundos.
Bernard Bigot presenta, enenero 2019, fase operativa del ITER: tras el primer plasma en 2025, se instalarán equipos de captación de energía. Este gran paso debería completarse hacia 2028. Validará la fase de pre-fusión, es decir, la producción de energía con hidrógeno, deuterio o helio convencionales. Después de esta fase, la máquina estará disponible durante dieciocho meses para los científicos que deseen realizar experimentos. En un segundo paso, a partir de 2030, se instalarán sistemas de calefacción adicionales, imprescindibles para lograr la fusión del plasma. Este es el caso del sistema de calentamiento por inyección de partículas neutras que permite acelerar los núcleos de hidrógeno a muy alta velocidad para aumentar el calentamiento del plasma con el fin de llevarlo a la temperatura de fusión de 150 millones de grados, temperatura necesaria para plasma autosostenible. En 2032, se ofrecerá a los físicos una nueva campaña de trabajo con máquinas; Paralelamente, se finalizará la construcción de la instalación del ciclo del combustible, que separará el helio producido en el plasma por la fusión del hidrógeno y reciclará el tritio y el deuterio producido por la fusión para almacenarlos temporalmente y reinyectarlos en la máquina. El objetivo es que en 2035 el ITER alcance su máxima potencia.
Una vez finalizada la fase operativa habrá que desmontar la instalación. Los subproductos de la fusión nuclear del ITER son escasos o nada radiactivos, lo que no ocurre con la cámara, que debe ser tratada como corresponde para cumplir con las normas de seguridad que entonces estarán vigentes. Los desechos también se producirán indirectamente por la degradación de la cámara bajo irradiación (radiación alfa que escapa del confinamiento, neutrones ). Por ejemplo, los átomos de carbono serán arrancados de la cerámica de las paredes, lo que conduce a la producción de hidrocarburos tritiados en el recinto de contención. La fase de desactivación debería durar cinco años, luego el desmantelamiento a expensas de Francia debería durar diez años.
Tras la fase de funcionamiento y en función de los resultados obtenidos ( superado o no el punto de equilibrio de producción de energía), se podría crear otro reactor experimental con una potencia equivalente a un reactor industrial. Denominado Demo (para planta de demostración , " planta de demostración "), se intentará estudiar la posibilidad de una explotación comercial estrictamente hablando. El demo deberá alcanzar el umbral de “ignición” en el que el calentamiento del plasma se realiza mediante la energía de los alfa producidos sin suministro eléctrico.
Bernard Bigot espera “que alrededor de 2040 seamos lo suficientemente convincentes para que los fabricantes se interesen en la máquina que seguirá: Demo. Será el primer demostrador industrial, es decir, en funcionamiento continuo para producir energía, y que esta vez estará conectado a la red eléctrica. Después de diez años de consultas con los fabricantes y el diseño de un reactor beneficiándose de todos los comentarios de ITER y Demo, creemos que desde 2045-2050, se puede lanzar la construcción de la primera central eléctrica de fusión comercial. Sin duda, llevará al menos diez años ” .
Después de la demostración , se construiría PROTO , un reactor de valor prototipo industrial .
Posteriormente, se pueden fabricar los primeros reactores de aplicación. Los prototipos que se van a construir son de tamaño y potencia significativos .
ITER es el proyecto científico más grande del mundo de la década de 2010. Contendrá el reactor de fusión nuclear más grande del mundo cuando esté terminado en 2025. Está integrado en un complejo formado por tres edificios, de 60 metros de alto y 120 metros de ancho. Por su escala y ambición, el proyecto se ha comparado con el programa Apollo .
ITER es un tokamak , es un reactor de fusión nuclear , destinado a generar energía a partir de combustible. El combustible se almacena en forma de unos pocos gramos de plasma en una cámara de muy alto vacío de forma toroidal . Este plasma se calienta a 150 millones de grados para desencadenar reacciones de fusión, que liberan energía. Para proteger la temperatura de la pared, el plasma se limita por un campo magnético de 13 T , generado por electroimanes superconductores mantiene a -269 ° C . Las paredes todavía están calentadas por las partículas resultantes de las reacciones nucleares y por la radiación térmica emitida por el plasma, por lo que deben enfriarse constantemente.
Componentes del reactor Cámara de vacíoLa cámara de vacío consta de dos paredes de acero entre las que circula agua de refrigeración. El volumen de plasma que puede contener es más de ocho veces mayor que en los tokamaks anteriores. Está perforado con 40 orificios que permiten conectar el sistema de calentamiento de plasma, las bombas de vacío y que permiten el acceso para mantenimiento.
Tapa de la cámara de vacíoLa manta de la cámara de vacío está hecha de placas de cobre y cubierta con berilio . Tiene dos funciones. La primera consiste en absorber los neutrones producidos por las reacciones de fusión y capturar su calor para transmitirlo a los sistemas de refrigeración. El segundo es la producción de tritio a partir de litio . Esta segunda función solo se utilizará en las últimas fases de investigación dentro del ITER, durante las cuales se ensayarán diferentes tipos de losas propuestas por los equipos de investigación. El estudio de la autoproducción de tritio por parte del ITER es uno de los principales temas de investigación para la transición a la industrialización de la fusión.
Sistema de imánHay cuatro tipos de imanes involucrados en el control del plasma y la reacción:
Estos imanes son superconductores, enfriado por el sistema criogénico a 4,5 K . Las características de los imanes se dan en la siguiente tabla.
Material conductor | Longitud de bobinado | Masa | Corriente nominal | Campo magnético | Energía almacenada | Costo (previsión en 2011) | |
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Bobinas poloidales | NbTi | 65 kilometros | 2,163 toneladas | 52 kA | 6 toneladas | 4 GJ | 122 M € |
Bobinas toroidales | Nb 3 Sn | 88 kilometros | 6.540 toneladas | 68 kA | 11,8 toneladas | 41 GJ | 323 millones de euros |
Solenoide central | Nb 3 Sn | 42 kilometros | 974 toneladas | 46 kA | 13 T | 6.4 GJ | 135 M € |
Las principales características del ITER son:
Las potencias eléctricas involucradas son importantes y suponen la existencia de una red eléctrica sólida para hacer frente a las demandas de carga.
El sitio de Cadarache se estructura en torno al edificio tokamak . Incluye numerosos edificios anexos destinados a la fabricación de determinadas piezas, para el montaje del reactor, así como para su suministro eléctrico.
Complejo TokamakEste complejo está formado por el edificio tokamak y varios edificios contiguos. Estos edificios contienen las torres de refrigeración, las bombas de vacío, la sala de control y un sistema de mantenimiento robótico que permite retirar o montar de forma remota los componentes de la cámara de combustión, con el fin de limitar la exposición de los operadores a la radiactividad. El tokamak está montado sobre almohadillas antisísmicas. Un escudo de hormigón armado de tres metros de espesor bloquea la radiación que emite y protege las instalaciones que lo rodean. Este edificio pesa 400.000 toneladas y tiene 80 metros de ancho, 120 metros de largo y 80 metros de alto.
Edificio PFEl edificio PF está destinado a imanes de campo poloidal sinuosos demasiado grandes para ser ensamblados en países socios ( campo poloidal en inglés, abreviado como PF). Mide 257 m de largo y 49 m de ancho. Su construcción se completó enfebrero de 2012 y el bobinado de los imanes comienza en 2013.
Taller de criostatoEl edificio del criostato está destinado a ensamblar los componentes del criostato , fabricado en India. El edificio está terminado enseptiembre 2014 y el primer elemento criostato debe entregarse en septiembre 2015.
Edificio de montajeEn el edificio de montaje, los elementos tokamak se preensamblan antes de su instalación.
Está ubicado cerca del pozo sísmico y del complejo tokamak. Tiene 60 metros de altura, 97 metros de largo, 60 metros de ancho.
El asientoEl edificio administrativo contiene oficinas para ochocientas personas, así como salas de conferencias y reuniones, un restaurante, una biblioteca, un auditorio y una sala de realidad. La sede del ITER está ubicada debajo de la plataforma y diseñada en forma de ala. Se completó en 2012, pero se finalizó una extensión en 2014 para aumentar la capacidad del edificio (hasta 800 personas).
El primer objetivo es generar un plasma de fusión equivalente a 500 MWth de potencia térmica consumiendo solo alrededor de 300 MWe de energía eléctrica durante 400 s ( 6 min 40 s ), superando así el “ punto de equilibrio ”. El récord mundial es, en 2020, una potencia térmica de 16 MWth generada para una potencia eléctrica suministrada de 700 MWe , durante un segundo, producida por el tokamak europeo JET.
El segundo objetivo es mantener las reacciones de fusión en el plasma durante al menos 1000 s ( 16 min 40 s ) y hasta 3000 s (50 min ). En este caso, por 300 MWe suministrados, solo se producirían 250 MWth . El récord mundial de duración es, en 2020, de 6 min 30 s , alcanzado por el tokamak francés Tore Supra en 2003.
Otros objetivosLa fusión es un campo que es tanto conceptual como técnicamente innovador. Los problemas a resolver son numerosos y muy complejos. Todos han sido claramente identificados desde el inicio del proyecto y son objeto de una intensa investigación por parte de numerosos laboratorios de todo el mundo. Algunos desafíos parecían imposibles de afrontar hace diez años. Hoy en día, incluso las mayores dificultades presentan ejes de pruebas y ensayos, que son precisamente el objetivo de un reactor experimental.
En un fluido en flujo turbulento y sujeto a campos magnéticos intensos , las concentraciones locales del campo magnético pueden crear bucles de campo (modos de interrupción ). El ejemplo típico son las protuberancias solares . El mismo fenómeno puede ocurrir en el plasma y llevar a la proyección de partículas altamente energéticas en la pared del reactor, fenómeno llamado disrupción . Las consecuencias son una degradación de la pared del reactor, una parada de la reacción y una intensa tensión mecánica en las bobinas y la estructura.
Se estudian varias soluciones. El primero es aumentar el volumen del plasma para estabilizarlo, y por tanto, en parte, el volumen del reactor. Las otras soluciones probadas en ITER se basan en un sistema de detección rápida de interrupciones (operativo hasta la fecha, pero aún demasiado lento para evitar que ciertas descargas disruptivas dañen el equipo) para:
La radiólisis del agua se conoce desde hace más de un siglo. Es un problema para todas las instalaciones que utilizan agua cerca de fuentes radiactivas intensas. Dada la intensidad de la radiación implicada, los riesgos de radiólisis de los materiales del reactor son muy elevados en el ITER (aproximadamente diez veces mayor que en una central nuclear). Podemos identificar dos productos especialmente sensibles:
El desafío es encontrar la solución óptima que limite los residuos radiactivos y controle el flujo de partículas y radiación a través de los diferentes materiales. Este es uno de los ejes de investigación notables en torno al ITER, y una de sus razones de ser.
Control de la erosión del muro y ciertos elementos insertados en el muroGracias al confinamiento magnético , el plasma está muy caliente en su parte confinada pero mucho menos caliente en la periferia (la denominada zona de “plasma de borde”). La temperatura electrónica del núcleo de plasma magnetizado alcanza aproximadamente 1 keV , mientras que el borde permanece entre 10 y 50 eV . Los diseñadores del toroide ITER han previsto flujos de calor promedio del orden de un megavatio por metro cuadrado para las paredes, pero que pueden alcanzar de 15 a 20 MW / m 2 local u ocasionalmente en los componentes más estresados de las paredes " , señaló. a un problema crítico de vida útil y erosión ” .
Los flujos de plasma periférico autogenerados controlan en gran medida la migración de impurezas metálicas resultante de la erosión de estas paredes, y es posible que estos flujos puedan retroalimentar los procesos de desconfinamiento e influir en el establecimiento espontáneo de "barreras de transporte" , pero las fuertes asimetrías de los flujos aún no se conocen bien. ITER utiliza hidrógeno y sus isótopos , pero el hidrógeno se disuelve en muchos metales y los debilita; En este contexto, el fenómeno de la fragilización por hidrógeno debe ser perfectamente controlado y tenido en cuenta.
En funcionamiento, y en caso de accidente con entrada de aire, uno de los riesgos que presenta el ITER es la posible formación de una atmósfera inflamable compuesta de polvo e hidrógeno, explosiva en este contexto. De hecho, se espera que el plasma contenido en el recipiente de vacío (VV) erosione lentamente las superficies de las paredes compuestas de tungsteno , berilio y grafito , generando "varios cientos de kilogramos de polvo metálico y partículas de grafito" . Si entra agua o aire en el toroide a las temperaturas que se encuentran allí, el vapor puede reaccionar con el polvo y los materiales metálicos (principalmente berilio y tungsteno), cuyas superficies estarán calientes y reaccionarán produciendo hidrógeno ( agrietando el agua ). Una explosión sería una fuente de cargas de alta presión .
Antes de 2016, existía una literatura científica bastante abundante sobre el fenómeno de la detonación de hidrógeno y sobre la combustión de mezclas a base de hidrógeno, evocando en particular la importancia de las velocidades de combustión laminar, los tiempos de autoignición a escalas de presiones y temperaturas que son las del ITER. o incluso parámetros de detonación , pero no se disponía de datos sobre gas-nanopartículas o mezclas de partículas como las proporcionadas en el toro ITER. Este vacío comienza a llenarse con un estudio de 2016, que presenta varios modelos de reacciones explosivas por combustión de mezclas de polvo metálico-hidrógeno-aire en una cámara cerrada de este tipo.
Control de desvío de residuosComo cualquier reacción, la fusión produce desechos. Su proceso genera residuos de erosión toroidal (cientos de kilogramos de polvo metálico) y helio (productos de reacción) en el reactor. Por esta razón, parte del flujo del plasma que contiene el helio debe divergir hacia el fondo del tokamak. Este es el papel del desviador, una parte muy sensible del reactor. Los desviadores han trabajado en otros tokamaks durante décadas. El desviador ITER tiene una geometría y una tecnología de núcleo que se ha descontinuado durante mucho tiempo. Por otro lado, el fino control del caudal y de los materiales del muro condicionará la rentabilidad industrial del sistema, de ahí la importancia de las investigaciones que se realizarán en torno a este elemento.
El aislamiento térmico del plasma fue un gran desafío, porque el plasma calentado a tales temperaturas irradia mucho, lo que corresponde a una pérdida de energía, como un trozo de hierro calentado al blanco (radiación especialmente en infrarrojos, causa esencial de su enfriamiento). . Además, no es muy denso, por lo que se enfría muy rápido. En los pequeños tokamaks se alcanzan rápidamente temperaturas donde el plasma pierde casi instantáneamente toda la energía que recibe, lo que representa un límite de temperatura. Este límite es demasiado bajo para poder desencadenar las reacciones de fusión.
La solución consiste en construir un reactor de mayor tamaño, que permita aumentar el volumen del plasma y por tanto limitar su radiación: una mayor proporción de radiación será dirigida y recapturada por otra región del plasma, limitando en gran medida las pérdidas térmicas. . Ésta es una de las principales razones del tamaño y alcance del proyecto ITER.
Suministro de deuterioEl deuterio es el 0,015% de los átomos de hidrógeno y se puede extraer del agua de mar (≈32,4 g / m 3 ) por un coste de unos 4000 € / kg (estimación de 2001).
Técnicamente, no existe ningún desafío tecnológico, y este problema solo afectaría a las plantas de producción industrial (y no a un reactor experimental como el ITER).
Suministro de tritio a partir de litio GeneralEl período o la vida media del tritio (12,32 años) es demasiado corto para encontrarlo de forma natural, salvo en los rastros diminutos. La conservación del tritio durante largos períodos de tiempo presupone extracciones periódicas del helio 3 producido por la radiactividad beta ; de este modo, cada año se pierde aproximadamente el 5,47% del tritio. Solo sabemos cómo fabricarlo en pequeñas cantidades, especialmente en reactores de agua pesada , y a un costo de tres mil dólares el gramo en 2004. Por lo tanto, la alimentación de tritio del ITER representa una masa significativa en comparación con las existencias de los principales productores, India o Canadá.
El inventario total de tritio del ITER durante su funcionamiento en fase nuclear será del orden de 2 kg , lo que requerirá una gestión específica para evitar cualquier impacto biológico y ecológico del tritio .
La solución propuesta, el confinamiento del tritio (en volúmenes bajos y por períodos cortos de tiempo), no plantea un problema mayor, pero una vigilancia particular es inherente al manejo de un gas radioactivo que puede contaminar el aire y el agua ( agua tritiada ). Por otro lado, la generación in situ de este tritio es una apuesta importante: el uso de litio en celdas generadoras de tritio instaladas en la pared del reactor permitiría generar automáticamente el tritio necesario (por desintegración del litio bajo el bombardeo de partículas resultantes del plasma). Este es el concepto de pared de tritio .
Generación de tritioUno de los retos del ITER es que el reactor produzca el tritio que necesita, materia prima para la fusión. Este tritio se produce a partir de una fuente denominada tritogénica , el litio :
Idealmente, el neutrón formado por la reacción deuterio-tritio reacciona con un núcleo de litio, generando así el núcleo de tritio perdido. Sin embargo, en la práctica estos neutrones se pierden en gran proporción debido al proceso. El neutrón, al no tener carga, es insensible al confinamiento, y finalmente el flujo de neutrones es casi isotrópico , es decir, disperso. Además, es muy rápido al nacer ( 14,1 MeV ), por lo tanto muy penetrante, y abandona rápidamente el plasma para provocar graves daños en la estructura, que también se vuelve radiactiva, en este caso por activación neutrónica .
Equilibrio de neutronesPor tanto, para regenerar el tritio gastado es necesario multiplicar los neutrones de fuga para compensar los absorbidos por la estructura. Esto es posible mediante la reacción de un neutrón en un núcleo de plomo , que libera dos neutrones. Por tanto, la mezcla de plomo / litio está prevista para las cubiertas de tokamak como un reemplazo del carbono, que no era resistente a la rotura y erosión por plasma.
Extracción de helioDurante la fusión, los núcleos de helio producidos (cargados eléctricamente) permanecen en el tokamak y sofocan gradualmente la reacción deuterio-tritio. Por tanto, es necesario extraer el helio producido a partir de la mezcla deuterio-tritio de forma continua o más probablemente periódicamente, de forma pulsada; hablamos del "bombeo" de helio. Desde la perspectiva de la operación continua, es necesario que esta operación sea factible con bastante rapidez, excepto tener que mantener una gran cantidad de deuterio tritio.
Fragilidad de materiales por neutrones rápidosEl premio Nobel de Física japonés Masatoshi Koshiba expresó sus reservas ante los problemas de los neutrones rápidos:
“En ITER, la reacción de fusión produce neutrones de alta energía de 14 MeV , un nivel nunca antes alcanzado. (...) Si los científicos ya han experimentado la manipulación de neutrones de baja energía, estos neutrones de 14 MeV son bastante nuevos y nadie en la actualidad sabe cómo manejarlos (...) Si tienen que reemplazar los absorbedores cada seis meses, esto hará que las operaciones se detengan lo que resultará en costos adicionales de energía. "
Pierre-Gilles de Gennes también teme que las bobinas superconductoras no resistan el flujo de neutrones: “conociendo bastante bien los metales superconductores, sé que son extraordinariamente frágiles. Entonces, creer que las bobinas superconductoras utilizadas para confinar el plasma, sometidas a flujos de neutrones rápidos comparables a una bomba de H, tendrán la capacidad de resistir durante toda la vida útil de dicho reactor (diez a veinte años), me parece una locura. » En el estado actual de diseño, se espera que la pared y el agua de enfriamiento limiten en gran medida el flujo de partículas energéticas y que los materiales más sensibles sean reemplazados regularmente .
Richard Majeski (en) y sus colaboradores publicaron un método que apoyaría el flujo de neutrones. Este método consiste en una primera barrera de litio líquido con el objetivo de proteger la segunda barrera que es sólida. Este método se probó con éxito en el reactor de prueba Current Drive Experiment-Upgrade (CDX-U) del Laboratorio LPP de la Universidad de Princeton . También se habría mejorado el rendimiento del reactor, habiéndose dividido por cuatro el voltaje para mantener la corriente en el plasma.
Los físicos, aunque están a favor de la energía nuclear , creen que es prematuro construir ITER cuando no se han eliminado las "barreras tecnológicas" :
Críticas a activistas antinucleares :
El periodista estadounidense Steven B. Krivit, que se especializa en fusión fría , estima que el ITER consume 300 MW de electricidad, y no 50 MW como afirman los funcionarios del ITER, para producir 500 MW de energía térmica , que luego hipotéticamente se pueden convertir en 200 MW de energía eléctrica. poder. En otras palabras, el ITER no pudo producir energía eléctrica neta. La investigación de Steven B. Krivit se remonta a 1997 y la instalación del JET , cuyo coeficiente Q = 0,63 (récord mundial de 1997) sería incorrecto. Según él, estas cifras habrían sido manipuladas para engañar a los tomadores de decisiones y obtener el financiamiento del proyecto.
Un artículo de Reporterre cita los análisis de Steven B. Krivit concluyendo que la instalación de investigación no puede producir un exceso de energía, la energía producida apenas compensa la energía requerida para su funcionamiento general. De hecho, las cifras presentadas para describir la fusión nuclear como fuente de energía (50 kW de energía inicial dan 500 kW de energía final) se basan en el balance energético de las partículas involucradas en la fusión, que no tiene en cuenta toda la energía necesaria para crear y mantener las condiciones que permitan la fusión: enfriamiento de los imanes, confinamiento electromagnético del plasma ... Esta confusión entre rendimiento teórico y rendimiento real se habría mantenido cuidadosamente para financiar el proyecto ITER.
Un informe de la Comisión Nacional Francesa de Debate Público de 2006 proporciona una estimación precisa del coste energético de la instalación: “La potencia eléctrica consumida será de unos pocos MW durante el período de parada para el mantenimiento de los sistemas informáticos, iluminación, ventilación, por ejemplo . Alcanzará 120 MW durante el período de espera durante el cual los equipos necesarios para la operación deben estar operativos (sistemas de bombeo, refrigeración, criogenia, etc.). " Y " Durante la fase de preparación, que durará alrededor de 400 segundos, la potencia eléctrica consumida aumentará gradualmente de 120 MW a 220 MW . Luego, alcanzará 620 MW durante la fase de aumento de temperatura del plasma (unos treinta segundos), antes de descender a 450 MW durante la fase principal del experimento (370 segundos), y luego volverá a 120 MW . "Mientras que el mismo informe indica que el objetivo de ITER es demostrar que " con ITER, el objetivo es generar una energía de fusión de 500 megavatios (MW) mediante la inyección de 50 durante más de seis minutos " . Una parte importante del consumo eléctrico se destina al sistema de refrigeración que evacuará la potencia térmica generada por el funcionamiento del ITER: “En el momento de los experimentos se debe evacuar una potencia térmica máxima del orden de 1.200 MW . Esta potencia corresponde a las pérdidas de calor en los distintos equipos ITER a las que se suma la potencia producida por las reacciones de fusión ” .
Según físicos, incluidos Sébastien Balibar , Yves Pomeau y Jacques Treiner , la implementación de un reactor de fusión a escala industrial presupone resolver varios problemas:
El tokamak ITER aborda explícitamente solo el primero de estos problemas, aunque se ha incluido en el proyecto la Instalación Internacional de Irradiación de Materiales de Fusión para estudiar la resistencia de los materiales a los neutrones de 14,1 MeV .
la 26 de enero de 2012, la Autoridad de Seguridad Nuclear (ASN) consideró que la gestión de no conformidades no fue satisfactoria durante la inspección de las almohadillas antisísmicas .
En 2012 se detectaron fisuras microscópicas en los muros de contención . Una inspección de la ASN mostró que la organización interna de seguimiento de estas no conformidades había vuelto a fallar. Estas no conformidades en el hormigón, sin embargo, siguen siendo inevitables en un proyecto de este alcance que no es un proyecto industrial, pero que está en investigación .
El coste del ITER se redujo de 5 a 19.000 millones de euros, a los que se suman 5.300 millones de euros de costes operativos durante 20 años, casi cuatro veces las estimaciones de 2006, lo que plantea retos. Problemas de financiación a nivel europeo. Francia ya ha invertido 1.200 millones de euros y la Comisión Europea 6.600 millones . Parte del costo de construcción del reactor Jules Horowitz puede asociarse con el costo directo a cargo de Francia . Precisamente, uno de los intereses técnicos de este último proyecto es probar los recintos sometidos al bombardeo del intenso espectro de neutrones, que es un punto clave a resolver para la viabilidad del proyecto Iter.
A modo de comparación, el mercado energético mundial representa un volumen anual de aproximadamente 3,5 billones de euros. El coste del proyecto ITER representa el 15% del presupuesto total dedicado a la investigación nuclear; en particular, la contribución de Francia al proyecto, prevista para 20 años , es inferior a la asignada al CERN y su acelerador de partículas .
Según los diseñadores del ITER, un accidente tendría consecuencias considerablemente menores que en el caso de un reactor de fisión. De hecho, los reactores de fusión nuclear no producen desechos de alta actividad de larga duración (ver más adelante, “Desechos radiactivos”).
Los riesgos de accidentes nucleares no son comparables, porque no hay riesgo de explosión nuclear: la cantidad de combustible presente en el reactor solo permite alimentar la combustión durante unos segundos; como las condiciones muy específicas de la reacción de fusión son difíciles de obtener y mantener, cualquier perturbación provocará un enfriamiento casi instantáneo del plasma y una parada de la reacción; por lo tanto, el proceso de fusión no presenta ningún riesgo en sí mismo y no hay peligro de una reacción descontrolada que conduzca a una explosión.
A diferencia de los reactores de fisión, donde todo el combustible nuclear se coloca en el núcleo del reactor desde el principio (alrededor de cien toneladas de uranio y / o plutonio para un PWR ), un reactor de fusión se alimenta sobre la marcha. En combustible (unos pocos gramos) . La reacción nuclear se puede detener de inmediato: basta con dejar de inyectar combustible en la cámara de vacío.
Tampoco existe riesgo de contaminación a gran escala: el diseño del ITER es tal que, incluso en el caso de una brecha accidental en el tokamak, los niveles de radiactividad fuera del recinto seguirían siendo muy bajos. durante el funcionamiento normal, el impacto radiológico del ITER en las poblaciones más expuestas será mil veces menor que la radiación ionizante natural, y en los escenarios más pesimistas, como un incendio en la planta procesadora de tritio, no evacuación de poblaciones vecinas u otras contramedidas no sería necesario. La Comisión Europea considera que, en caso de accidente, las descargas de efluentes radiactivos, cualquiera que sea su forma, nunca podrán conducir, incluso en caso de accidente nuclear , a contaminación radiactiva fuera de las fronteras.
Residuos radiactivosLa cantidad, actividad y vida útil de los desechos nucleares será significativamente menor. No hay producción de desechos radiactivos de alta actividad o de larga duración. El producto de la fusión es el helio , un gas no radiactivo. Solo los materiales sometidos al impacto de los neutrones de la reacción se volverán radiactivos, pero la vida media de la mayoría de los radioelementos presentes en este residuo no supera los diez años, por lo que su radiactividad habrá disminuido drásticamente después de cien años. viejo, lo que permite reciclar materiales. En comparación, las plantas de energía de fisión producen desechos con una vida útil de hasta cientos de miles de años.
Comparación con una bomba de fusiónAl realizarse también la reacción termonuclear en una bomba de hidrógeno , podría surgir la cuestión del riesgo de explosión de dicho reactor. Sin embargo, no hay conexión entre una bomba H y un tokamak. En el primero, se realiza una explosión comprimiendo la mezcla de tritio y deuterio a una densidad mayor que la del estado sólido; en un reactor de fusión, la densidad de la mezcla de deuterio-tritio es diez millones de veces menor que la del aire ambiente.
Riesgos de proliferación y aplicación militarLa investigación sobre la fusión por confinamiento magnético, de la que el ITER es un paso importante, no tiene aplicaciones militares (a diferencia de la investigación sobre la fusión inercial, como la llevada a cabo con el láser de megajulios en Burdeos). Un país que domine una tecnología de tipo ITER no avanzará más si su objetivo es obtener una tecnología H.
Impacto local sobre la biodiversidadEl centenario bosque de Cadarache, que se extendía más de mil doscientas hectáreas antes del inicio de las obras, se ha reducido ahora a ochocientas hectáreas.
Hay cerca de cuarenta especies protegidas de las cuatrocientas presentes, tales como:
Para adquirir este sitio, ITER tuvo que tomar medidas compensatorias a largo plazo.